jb1000一轮系列版物理一轮精品复习学案71 电流电阻电功与电功率选修31.docx
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jb1000一轮系列版物理一轮精品复习学案71电流电阻电功与电功率选修31
第七章恒定电流
【高考新动向】
1.欧姆定律Ⅱ三年8考
2.电阻定律Ⅰ三年4考
3.电阻的串联、并联Ⅰ三年6考
4.电源的电动势和内阻Ⅱ三年7考
5.闭合电路的欧姆定律Ⅱ三年8考
6.电功率、焦耳定律Ⅰ三年4考
实验七:
测定金属的电阻率三年7考
实验八:
描绘小电珠的伏安特性曲线三年4考
实验九:
测定电源的电动势和内阻三年11考
实验十:
练习使用多用电表三年12考
【备考指导】
1.掌握电路基本概念,会用欧姆定律、电阻定律、焦耳定律分析问题.
2.掌握闭合电路欧姆定律,能够结合串、并联电路的特点分析问题,会分析电路动态变化问题.
3.掌握各种电学仪器的使用、电学各实验的方法和原理,能够设计电路、连接电路、分析电路故障,能够用表格、图象等分析实验数据.
第1节电流电阻电功及电功率
【考纲全景透析】
一、电流
1.电流形成的条件:
(1)导体中有能够自由移动的电荷;
(2)导体两端存在持续的电压.
2.电流的方向:
与正电荷定向移动的方向________,与负电荷定向移动的方向________.
电流虽然有方向,但它是________.
3.电流
(1)定义式:
I=________.
(2)微观表达式:
I=________,式中n为导体单位体积内的自由电荷数,q是自由电荷的电荷量,v是自由电荷定向移动的速率,S为导体的横截面积.
(3)单位:
安培(安),符号是A,1A=1C/s.
【答案】2.相同 相反 标量
3.
(1)
(2)nqvS
二、电阻定律
1.电阻定律:
R=ρ
,电阻的定义式:
R=
.
2.电阻率
(1)物理意义:
反映导体____________的物理量,是导体材料本身的属性.
(2)电阻率与温度的关系
①金属的电阻率随温度升高而________;
②半导体的电阻率随温度升高而________;
③超导体:
当温度降低到____________附近时,某些材料的电阻率突然____________成为超导体.
【答案】2.
(1)导电性能
(2)①增大 ②减小 ③绝对零度 减小为零
三、欧姆定律
(1)内容:
导体中的电流I跟导体两端的电压U成________,跟导体的电阻R成________.
(2)公式:
____________.
(3)适用条件:
适用于________和电解液导电,适用于纯电阻电路.
(4)导体的伏安特性曲线:
用横坐标轴表示电压U,纵坐标轴表示________,画出的IU关系图线.
①线性元件:
伏安特性曲线是________________________________的电学元件,适用于欧姆定律.
②非线性元件:
伏安特性曲线是______________的电学元件,____________(填适用、不适用)于欧姆定律.
【答案】
(1)正比 反比
(2)I=
(3)金属 (4)电流I ①通过坐标原点的直线 ②曲线 不适用
四、电功、电热、电功率
1.电功
(1)定义:
导体中的恒定电场对自由电荷的__________做的功.
(2)公式:
W=qU=________(适用于任何电路).
(3)电流做功的实质:
________转化成其他形式能的过程.
2.电功率
(1)定义:
单位时间内电流做的功,表示电流做功的________.
(2)公式:
P=W/t=________(适用于任何电路).
3.焦耳定律
(1)电热:
电流流过一段导体时产生的________.
(2)计算式:
Q=I2Rt.
4.热功率
(1)定义:
单位时间内的发热量.
(2)表达式:
P=
=________.
【答案】1.
(1)静电力
(2)IUt (3)电能 2.
(1)快慢
(2)IU 3.
(1)热量
4.
(2)I2R
【热点难点全析】
考点一电流微观表达式的应用
1.定义式中q的物理意义
(1)q是某段时间内通过导体横截面的电量.
①若是金属导体导电,则q为自由电子通过某截面的电量的总和.
②若是电解质导电,则异种电荷反向通过某截面,q=|q1|+|q2|.
(2)带电粒子的运动可形成等效电流,如电子绕原子核的运动,带电粒子在磁场中的运动,此时
q为带电粒子的电量,T为周期.
如图,自由电荷电荷量为q,单位体积电荷数为n,定向移动速度为v,导体横截面积为S,则
【例1】如图所示,一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为()
A.vqB.
C.qvSD.
【答案】选A.
【详解】在电荷的运动方向上假设有一截面,则在t时间内通过截面的电荷量为Q=vt·q,则等效电流为
故选项A正确.
考点二对电阻定律、欧姆定律的理解
1.电阻与电阻率的区别
(1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量.电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量.
(2)导体电阻并不是只由电阻率决定,即电阻大,电阻率不一定大;电阻率小,电阻不一定小.
2.定义式和决定式的比较
【例2】1.(2012·梅州高三检测)下列说法中正确的是( ).
A.由R=
可知,电阻与电压、电流都有关系
B.由R=ρ
可知,电阻与导体的长度和横截面积都有关系
C.各种材料的电阻率都与温度有关,金属的电阻率随温度的升高而减小
D.所谓超导体,当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,它的电阻率突然变为零
【答案】 BD
【详解】 R=
是电阻的定义式,R与电压和电流无关,故A错误;而R=ρ
是电阻的决定式,横截面积一定,电阻与导体的长度成反比,长度一定,电阻与导体的横截面积成正比,故B正确;电阻率都与温度有关,金属的电阻率随温度的升高而增大,故C错误;当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,导体的电阻率突然变为零的现象叫超导现象,此时的导体叫超导体,故D正确.
考点三 电功与电热的关系
1.电功与电热的比较
2.电功率与热功率的比较
(1)在纯电阻电路中,电功率等于热功率,即
(2)在非纯电阻电路中,电功率包含热功率,P=UI为电功率,P′=I2R为热功率,有P>P′.
【例3】有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的额定电压和额定功率均为“220V,60W”.现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量()
A.日光灯最多B.电烙铁最多
C.电风扇最多D.一样多
【答案】选B.
【详解】电烙铁是纯电阻用电器,即以发热为目的,电流通过它就是用来产热,而日光灯和电风扇是非纯电阻用电器,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能(光能和动能),综上所述,只有B正确.
【高考零距离】
1.(2012四川)23.四川省“十二五”水利发展规划指出,若按现在供水能力测算,我省供水缺口极大,蓄水提水是目前解决问题的重要手段之一。
某地要把河水抽高20m,进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作。
工作电压为380V,此时输入电动机的电功率为19kW,电动机的内阻为0.4Ω。
已知水的密度为1×103kg/m3,重力加速度取10m/s2。
求:
(1)电动机内阻消耗的热功率;
(2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。
23.解:
(l)设电动机的电功率为P,则P=UI①
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr,则Pr=I2r②
代入数据解得Pr=1×103W③
说明:
①③式各2分,②式3分。
(2)设蓄水总质量为M,所用抽水时间为t。
已知抽水高度为h,容积为V,水的密度为ρ,则
M=ρV④
设质量为M的河水增加的重力势能为△Ep,则△Ep=Mgh⑤
设电动机的输出功率为P0,则P0=P-Pr⑥
根据能量守恒定律得P0t×60%×80%=△Ep⑦
代人数据解得t=2×l04s⑧
说明:
④⑤式各1分,⑥⑧式各2分,⑦式3分。
2.(2012上海)13.当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3C,消耗的电能为0.9J。
为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是()
(A)3V,1.8J(B)3V,3.6J(C)6V,1.8J
【解析】由
可知,相同时间通过的电荷量为原来的2倍,则电流为原来的2倍。
由
可知电压为原来的2倍。
由
可知原来的电压为
,故电阻两端现在所加电压为6V,消耗的电能为3.6J,选项D正确。
【答案】D
3.(2012浙江)17、功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率60W的白炽灯相当。
根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰。
假设每户家庭有二只60W的白炽灯,均用10w的LED灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近
A.8╳108kW·hB.8╳1010kW·hC.8╳1011kW·hD.8╳1013kW·h
17【答案】B
【解析】估算取值:
每户节约功率为100W,每天用灯6小时,每年365天,全国估计为4亿户,
,得结果与B最接近。
4..(2011·北京高考·T20)物理关系式不仅反映了物理量之间的关系,也确定了单位间的关系。
如关系式U=IR既反映了电压、电流和电阻之间的关系,也确定了V(伏)与A(安)和
(欧)的乘积等效。
现有物理量单位:
m(米)、s(秒)、N(牛)、J(焦)、W(瓦)、C(库)、F(法)、A(安)、
(欧)和T(特),由他们组合成的单位都与电压单位V(伏)等效的是
A.J/C和N/CB.C/F和T·m2/s
C.W/A和C·T·m/sD.
和T·A·m
【答案】选B.
【详解】根据
,J/C的单位是电压V,根据
,N/C的单位是电场强度单位,而不是电压V,所以A错误;根据
,C/F的单位是电压V,根据
,电动势
的单位就应该是T·m2/s,所以T·m2/s的单位是电压V,B选项正确。
根据
,W/A的单位电压V,根据洛伦兹力公式
,C·T·m/s的单位是N而不是电压V,C选项不正确;根据公式
,
单位是电压V,根据公式
,T·A·m的单位是N,而不是电压单位V.所以D错误.
【考点提升训练】
1.某电解池,如果在1秒钟内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面,那么通过这个横截面的电流是()
A.0AB.0.8A
C.1.6AD.3.2A
【答案】选D.
【详解】通过横截面的正离子的电量q1=1.6×10-19×2×5.0×1018C.通过横截面的负离子的电量q2=-1.6×10-19×1.0×1019C,则q=|q1|+|q2|=3.2C,根据
故D正确.
2.鸟儿落在110kV的高压输电线上,虽然通电的高压线是裸露电线,但鸟儿仍然安然无恙.这是因为( ).
A.鸟有耐高压的天性
B.鸟脚是干燥的,所以鸟体不导电
C.鸟两脚间的电压几乎为零
D.鸟体电阻极大,所以无电流通过
【答案】C
【详解】因为鸟与两脚之间的导线并联,两脚间导线电阻很小,分得的电压很小,所以鸟两脚间的电压很小,几乎为零.故C正确,A、B、D错误.
3.(2012·苏州模拟)导体的电阻是导体本身的一种性质,对于同种材料的导体,下列表述正确的是()
A.横截面积一定,电阻与导体的长度成正比
B.长度一定,电阻与导体的横截面积成正比
C.电压一定,电阻与通过导体的电流成反比
D.电流一定,电阻与导体两端的电压成正比
【答案】选A.
【详解】对于同种材料的导体,电阻率是个定值,根据电阻定律
可知横截面积一定,电阻与导体的长度成正比,A正确;长度一定,电阻与导体的横截面积成反比,B错误;由欧姆定律知
,此式是电阻的定义式,电阻R与电压U、电流I无正反比关系,故C、D错误.
4.(2012·盐城模拟)如图所示,图线1表示的导体电阻为R1,图线2表示的导体电阻为R2,则下列说法正确的是()
A.R1∶R2=1∶3
B.R1∶R2=3∶1
C.将R1与R2串联后接于电源上,则电流比I1∶I2=1∶3
D.将R1与R2并联后接于电源上,则电流比I1∶I2=1∶3
【答案】选A.
【详解】根据I-U图线斜率的倒数表示电阻大小,R1∶R2=1∶3,故A正确,B错误.再根据串、并联电路的特点,串联时电流相同,C错误;并联时,I1∶I2=R2∶R1=3∶1,D错误.
5.两根材料相同的均匀导线A和B,其长度分别为L和2L,串联在电路中时沿长度方向电势的变化如图所示,则A和B导线的横截面积之比为()
A.2∶3B.1∶3
C.1∶2D.3∶1
【答案】选B.
【详解】由图象可知两导线电压降分别为UA=6V,UB=4V;由于它们串联,则
;由电阻定律可知
,解得
,选项B正确.
6.用电器距离电源L,线路上的电流为I,为使在线路上的电压降不超过U,已知输电线的电阻率为ρ.那么,输电线的横截面积的最小值是()
A.
B.
C.
D.
【答案】选B.
【详解】由题意知,输电线最大电阻
,根据电阻定律得
,故B正确.
7.两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍,把另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同电压后,则在相同时间内通过它们的电荷量之比为()
A.1∶4B.1∶8
C.1∶16D.16∶1
【答案】选C.
【详解】根据
.长度拉长为原来的2倍后,电阻变为原来的4倍,对折后绞合起来,电阻变为原来的
,再根据
和q=It,可以确定C正确.
8.如图所示为一未知电路,现测得两个端点a、b之间的电阻为R,若在a、b之间加上电压U,测得通过电路的电流为I,则该未知电路的电功率一定为()
A.I2RB.
C.UID.UI-I2R
【答案】选C.
【详解】不管电路是否为纯电阻电路,电路的电功率一定为P=UI,选项C正确;只有电路为纯电阻电路时,才有
,故A、B错误;而UI-I2R为电能转化为其他形式能量的功率,故D错误.
9.在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路.调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V.重新调节R并使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V.则这台电动机正常运转时输出功率为()
A.32WB.44W
C.47WD.48W
【答案】选A.
【详解】当电动机停止转动时,此时电动机相当于一个纯电阻,所以由题中的两表读数,可以计算出电动机的内阻为:
,代入数据得:
r=4Ω,重新调节R并使电动机恢复正常运转,根据题中的两表读数,计算出电动机的输出功率为:
P=UI-I2r,代入数据解得:
P=32W,B、C、D错误,A正确.
10.(2012·沈阳模拟)如图所示,一直流电动机与阻值R=9Ω的电阻串联在电源上,电源电动势E=30V,内阻r=1Ω,用理想电压表测出电动机两端电压U=10V,已知电动机线圈电阻RM=1Ω,则下列说法中正确的是()
A.通过电动机的电流为10A
B.电动机的输入功率为20W
C.电动机的热功率为4W
D.电动机的输出功率为16W
【答案】选B、C、D.
【详解】由E=30V,电动机两端电压10V可得R和电源内阻上分担电压为20V,则
,故A错;电动机输入功率P=UI=10V×2A=
20W,故B正确;P热=I2RM=4×1W=4W,故C正确;P输出=P-P热=20W-4W=16W,故D正确.
11.来自质子源的质子(初速度为零),经一加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流强度为1mA的细柱形质子流.已知质子电荷e=1.60×10-19C.这束质子流每秒打到靶上的质子数为多少?
假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距L和4L的两处,各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为n1和n2,则n1和n2的比值为多少?
【详解】根据
,故
个.(3分)
由于各处电流相同,设这段长度为
,其中的质子数为n个,则由
和
得
,故
(3分)
而v2=2ax,故
(3分)
解得
(3分)
【答案】6.25×1015个2∶1
12.一台小型电动机在3V电压下工作,用此电动机提升所受重力为4N的物体时,通过它的电流是0.2A.在30s内可使该物体被匀速提升3m.若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:
(1)电动机的输入功率;
(2)在提升重物的30s内,电动机线圈所产生的热量;
(3)线圈的电阻.
【详解】
(1)电动机的输入功率
P入=UI=3×0.2W=0.6W.(5分)
(2)电动机提升重物的机械功率
.(2分)
根据能量关系P入=P机+PQ,得生热的功率
PQ=P入-P机=(0.6-0.4)W=0.2W.(2分)
所产生热量Q=PQt=0.2×30J=6J.(2分)
(3)根据焦耳定律Q=I2Rt,得线圈电阻
.(5分)
【答案】
(1)0.6W
(2)6J(3)5Ω
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